导图社区 计算机基础知识
这是一篇关于计算机基础知识的思维导图,主要内容包括:计算机中信息的表示和存储,微型计算机系统,计算机系统组成,计算机概述,信息与信息技术。一张图带你完全了解相关内容,通过思维导图帮你提高效率,赶紧来试一试吧~
编辑于2024-07-28 18:09:20计算机基础知识
信息与信息技术
信息的符号化式数据
数据是信息的载体
数据是信息的具体表现形式
计算机概述
巴贝奇:机械计算机之父
莱布尼茨:发明二进制,莱布尼茨计算机:能完成四则运算
香农:信息论之父
图灵:计算机科学之父、人工智能之父
图灵机
图灵测试:判断是否具有人工智能
图灵奖
1946月2月,美国宾夕法尼亚大学第一台计算机埃尼阿克ENIAC诞生
主要应用于:科学计算
未采用存储控制原理
未采用二进制,采用十进制
采用大量电子管和晶体管
不是冯·诺依曼机
特点
约翰·冯·诺依曼:现代电子计算机之父
EDVAC
存储程序控制原理
存储程序
自动执行
冯·诺依曼体系结构
二进制形式存储
存储程序,自动读取程序后执行
计算机由五个部分组成
运算器
控制器
存储器
输入设备
输出设备
计算机根据电子元器件分代
性能越来越好,体积越来越小
第一代:电子管
机器语言、汇编语言
第二代:晶体管
高级语言
第三代:中、小规模集成电路
操作系统
第四代:大规模、超大规模集成电路
网络操作系统
计算机发展趋势(巨.微.网.智.多)
巨型化:性能越来越强
满足企业
微型化:体积越来越小
满足个人
两极化发展
网络化:通过网络互联
智能化:模拟人的智能
多媒体化:多种媒体有机结合
区别
区别于其他计算仪器:存储程序控制原理
本质区别:程序控制
计算机的特点
运算速度快
计算精度高
逻辑判断准确
存储容量大
自动化程度高
通用性强
计算机的分类
工作原理(或处理对象)
数字计算机
二进制
模拟计算机
人、自然界信号
混合计算机
用途
专用计算机,例:数控车床(嵌入式计算机)
通用计算机
性能、规模和运算速度等
巨型机,又叫超级计算机,用于军事领域
大型机
中型机
小型机
微型机
高档工作站,用于图像处理、模拟仿真
服务器:通过网络对外提供服务
客户机:得到服务
计算机应用领域
科学计算(数值计算),最早
信息处理(数据处理),最广泛
过程控制(实时控制),时效性
计算机辅助系统
计算机辅助设计 CAD
计算机辅助制作 CAM
计算机辅助测试 CAT
计算机辅助教学 CAI
计算机辅助教育 CBE
计算机辅助工程 CAE
计算机管理教学 CMI
计算机辅助分析 CAA
计算机集成制造系统 CIMS
人工智能,机器人、专家系统、模式识别
计算机网络,数据通信、资源共享
多媒体技术
计算机系统组成
组成
硬件系统
CPU(寄存器)>Cache>内存>外存
主机
中央处理器CPU
运算器
逻辑运算和算术运算
控制器
计算机的指挥中枢
内存储器(主存储器)
只读存储器ROM
只读不写,断电数据不丢失
随机存储器RAM
可读可写,断电数据丢失
高速缓存Cache
SRAM(静)解决内存CPU速度不匹配问题
外部设备
外存储器(辅助存储器)
软盘
软盘容量=磁盘面数 x 磁道数 x 扇区数 x 扇区字节数
硬盘
硬盘容量=磁头数 x 柱面数 x 扇区数 x 扇区字节数
簇是磁盘上存储文件的基本单位
每个簇只能由一个文件占用
可移动存储器
U盘、移动硬盘
光盘存储器
缺点:读出速度和数据传输速度比硬盘慢得多
CD光盘存储器
CD-ROM:只读光盘
CD-R:一次性写入光盘
CD-RW:可擦写光盘
DVD光盘存储器
CD光盘的换代产品
蓝光光碟
输入设备
键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、手写板、光笔、麦克风、数码相机、条形码阅读器、模数转换器(A/D)
输出设备
显示器
液晶显示器LCD(常用)
阴极射线管显示器CRT
接口
显示器接口
VGA 传统显示器接口.15针
DVI 数字化显示接口
HDMI 高清晰度多媒体接口
显卡接口
PCI、AGP、PCI-E
硬盘接口
USB 通用串行总线
IEEE1394 也支持热插拔
双绞线接口
RJ-45
鼠标接口
USB、PS/2
打印机
击打式
针式打印机
支持多联打印(发票、收据)
非击打式
喷墨打印机
性价比较高
激光打印机
打印效果最好
音响、投影仪、绘图仪
磁盘驱动器、显示触摸屏、磁带机既是输入又是输出
软件系统
裸机:未配置任何软件的计算机
数据+程序+文件=软件
系统软件
操作系统
DOS.UNIX.Linux.Windows.Mac OS等
语言处理程序
翻译程序
数据库管理系统
系统支撑和服务程序
应用软件
程序设计语言
低级语言
机器语言
二进制,唯一识别,直接接收执行
面向机器
缺点:可移植性差,可读性差
优点:占用内存少,执行速度最快,执行效率最高
汇编语言
助记符
面向机器
缺点:通用性差,可移植性差
优点:执行速度快
编写的程序(源文件)要用汇编程序翻译成机器指令(目标程序)才能执行
高级语言
面向对象,独立于机器的语言
缺点:执行效率低
优点:通用性好,可移植性好,提高程序设计效率
翻译
"编译"方式
完整地翻译后再执行目标程序,可独立执行
"解释"方式
逐句翻译,边翻译边执行,不产生目标程序
工作原理
指令
概念:一组能被计算机识别并执行的二进制代码
操作码:一定有
操作数/地址码:可以没有,例如:停止命令
指令系统
概念:计算机所能执行的指令的集合
不同计算机的指令系统是不同的
类型
数据传送型
数据处理型
程序控制型
输入和输出型
硬件控制型
程序
有序的指令集合
概念:按照一定顺序执行的,能够完成某一任务的指令集合
一般放在外存
进程
概念:进行中的程序
进程是程序的一次执行过程
进程是系统调度和资源分配的基本单位
进程=程序+执行
特征
动态性
并发性
独立性
异步性
程序和进程的区别
程序是一个静态的概念,进程是一个动态的概念
程序可以脱离机器长期保存,进程是执行着的程序
一个程序可多次执行并产生多个不同的进程
线程
线程是细化了的进程
CPU调度和分配的基本单位
共享进程的公共资源且必须依赖进程
一个进程最少有一个线程,也可以有多个线程
“存储程序”工作原理
基本思想:“存储程序与程序控制”
工作过程
取出指令
从内存中取出... ...
分析指令
执行指令
为执行下一条指令做好准备
微型计算机系统
1971年第一台4位微处理器的微型计算机MCS-4诞生
硬件设备
微处理器(中央处理器CPU)
是微型计算机发展的标志
核心部件
包含运算器、控制器、寄存器、时钟发生器、内部总线和高速缓冲存储器等部件
CPU的性能指标
主频
主频越高,一个时钟周期里完成的指令数越多,CPU工作速度越快
频率越高,计算机运算速度越快
字长
一次性同时处理的二进制数据的位数
字长=数据总线的宽度
字长越长,运算精度越高
高速缓冲存储器容量
为了减少CPU等待时间,提高计算机效率
CPU面积和成本因素,Cache容量不能很大
多核心和多线程
多核:在一个芯片上集成多个控制和运算单元,提高系统性能
多线程能减少CPU闲置时间,提高其运行效率
主板(母板/系统板)
是各个部件的连接载体
芯片组(关键部件)
北桥芯片(更重要)
南桥芯片
BIOS和CMOS
BIOS是基本输入/输出系统,是被固化到计算机主板上的一个ROM上的程序
开机后,会运行BIOS中的开机自检程序
CMOS是一种RAM芯片,可读可写,互补金属氧化物半导体
总线
概念:计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,实现各部件之间数据、地址和控制信息的传送
技术指标
总线带宽
反映总线数据传输速率
MB/s
总线位宽
位宽越宽,带宽越大
b
工作频率
工作频率越高,总线工作速度越快,总线带宽越大
MHz
关系
总线带宽=总线工作频率 x 总线位宽 /8
分类
数据总线DB
双向
其数量取决于CPU的字长
地址总线AB
单向
其数量决定了CPU可以寻址的内存空间大小
控制总线CB
双向
主要性能指标
主频
在很大程度上决定了计算机的运算速度
主频越高,运算速度越快
主频=外频 x 倍频
字长
一次性同时处理的二进制数据的位数
字长=数据总线的宽度
字长越长,计算精度越高,运算速度越高
存储容量
内存容量和外存容量
内存容量大小直接影响计算机整体性能
存取周期
越短越好
存取时间/访问时间:内存储器完成一次读(取)或写(存)所需的时间
存取周期:连续两次独立的读(或写)所需的最短时间
运算速度
MFLOPS:每秒百万条浮点指令
MIPS:每秒百万条指令
BIPS:每秒十亿条指令
内核数
CPU内执行指令的运算器和控制器数量
计算机中信息的表示和存储
二进制的优点
表示方便,电路简单,容易电路实现
二进制运算简单
逻辑性强
工作稳定可靠,可靠性高
数制
三要素
数码
基数
R进制基数为R
位权
进制
十进制D
二进制B
八进制O
十六进制H
转换
任意R进制转换为十进制
十进制转换为R进制
二进制、八进制、十六进制的转换
二进制与八进制
二进制与十六进制
八进制与十六进制
运算
算术运算
加减乘除
逻辑运算
逻辑运算时高位的“0”不能省略
逻辑与/逻辑乘(AND)
逻辑或/逻辑加(OR)
逻辑非(NOT)
逻辑异或(XOR)
存储单位和地址
位(bit,b)
计算机存储数据的最小单位
字节(Byte,B)
计算机处理数据的最基本单位
1Byte=8bit
字与字长
字是CPU进行数据处理和运算的单位
字长是CPU直接处理的二进制的数据位数
字的位数是字长
换算
地址
存储容量=末位地址-首地址+1(单位为B)
数值的表示
整数
原码
0表示正数,1表示负数
反码
正数:反码=原码
负数:符号位不变,其他位取反
补码
正数:补码=原码=反码
负数:补码=反码+1
浮点数
规格化数,小数点后第一位是1
字符编码
西文字符
ASCII码,美国标准信息交换代码
7位(标准)二进制数编码,128个字符
第8位为0,占用8位
95个:能够输入并显示,也能打印
33个:0--31和127,不能被显示或打印
8位(扩展ASCII码)
单字节编码
机内码
A=65,a=97,0=48,Space(空格)=32
汉字字符
汉字输入码
也称外码
音码
形码
音形码
数字编码
区位码
6763个两级汉字分为94个区,每个区分94位
范围:0101D--9494D
汉字交换码
又称国标码
1980年,GB2312-80标准,《信息交换用汉字编码字符集--基本集》
一级汉字3755个,按拼音字母顺序排序
二级汉字3008个,按部首顺序排序
每个汉字符用两个字节表示
交换码只使用两个字节的低七位,各字节的最高位也为0
2000年3月,GB18030-2000,"信息交换用汉字编码字符集--基本集扩充规范(GBK)"
单字节
双字节
四字节
汉字国标码=汉字区位码+2020H
汉字机内码
汉字字符在计算机内部存储、处理时的表示代码
范围:A1A1H--FEFEH
汉字机内码=汉字国标码+8080H=汉字区位码+A0A0H
ASCII码、国标码、机内码的比较
汉字字形码(不唯一)
也叫汉字字模或汉字输出码
表示方式
点阵法
点阵码
点阵越多,字形越好看,占用的存储空间越大
点阵字形码所占字节数=点阵行数 x 点阵列数 /8
矢量法
矢量码
不会失真
能产生高质量汉字输出,节省存储空间
开机-->自检-->执行ROM中的启动程序-->加载操作系统-->执行操作系统
ROM
PROM:可修改一次,修改后只读
EPROM:可擦写可编程,紫外线擦除
EEPROM:电可擦写可编程
Flash ROM:块擦写,U盘
RAM
SRAM(静)/Cache 速度快,价格贵,集成度低,不需要刷新电路
DRAM(动)/内存条 速度慢,价格低,集成度高,要不断刷新电路
为某个应用目的而专门开发的计算机